Seigerung einfach erklärt: Seigerungen in Stahl sind vergleichbar mit den Jahresringen von Bäumen, die durch das unterschiedliche Zellwachstum im Jahresverlauf entstehen. Ähnlich wie die Jahresringe, sind die Seigerungen auf Inkonsistenzen beim Mischprozess zurückzuführen. Sie können einzeln oder wiederholt im Gefüge auftreten.
Unterschied zwischen einer vollständigen und einer unvollständigen Diffusion
Mikroseigerungen
Mikroseigerungen sind kleine, fein verteilte Ungleichmäßigkeiten oder Konzentrationsunterschiede auf Kristallebene. Sie sind in der Regel auf mikroskopischer Ebene sichtbar und erstrecken sich über relativ kleine Bereiche des Materials. Mikroseigerungen können beispielsweise aufgrund von lokalen Unterschieden in der Erstarrung oder der Diffusion von Legierungselementen entstehen.
Makroseigerungen
Makroseigerungen sind größere, gröbere oder besser sichtbare Ungleichmäßigkeiten oder Konzentrationsunterschiede. Sie sind auf makroskopischer Ebene sichtbar und erstrecken sich über größere Bereiche des Materials. Makroseigerungen können beispielsweise durch unsachgemäße Mischung von Komponenten oder ungleichmäßige Verteilung von Legierungselementen entstehen.
Blockseigerung
Blockseigerungen manifestieren sich in Form von separaten Blöcken oder Regionen innerhalb eines Materials. Sie treten vor allem bei Strangguss-, Barren- und Gussteilen aus Aluminium- und Kupferlegierungen auf. Sie entstehen ebenfalls beim Erstarren oder durch mechanische Verformung, wie zum Beispiel Walzen oder Schmieden. Im Gegensatz zu feiner verteilten Mikro- oder Makroseigerungen, die sich kontinuierlich über den Werkstoff erstrecken können, treten Blockseigerungen in klar abgegrenzten Bereichen auf.
Umgekehrte Blockseigerung: Normalerweise erstarren Werkstücke von außen nach innen und die Seigerungen bilden sich vorwiegend in der zuletzt erstarrenden Werkstückmitte. Bei der umgekehrten Blockseigerung reichern sich die Fremdstoffe am Rand des Werkstücks an. Das passiert, wenn die Restschmelze durch den Erstarrungsdruck oder durch eine Sogwirkung der Kapillaren zwischen den erstarrten Kristallen an die Außenseite gedrängt wird.
Schwerkraftseigerung
Die Schwerkraftseigerung erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Dichte der Legierungselemente. Sie wird vor allem bei Legierungen mit Wolfram oder Blei beobachtet. Wenn die Gussform während der Erstarrung der Schmelze rotiert, kann die Schwerkraftseigerung verhindert werden.
Wie wirken sich Seigerungen auf die Werkstoffeigenschaften aus?
Seigerungen können die Eigenschaften und Leistung eines Werkstücks erheblich beeinflussen. Durch lokale Einschlüsse, Härtevariationen und Gefügeanomalien kann es zu verminderter Festigkeit und Zähigkeit, zu Verzug, Versprödung und sogar zu Rissbildung kommen. Das hat Einfluss auf die Verwendbarkeit und Verarbeitbarkeit betroffener Werkstücke. Mitunter beeinflussen Seigerungen auch die optische Erscheinung eines Materials. Sie können als unerwünschte Muster oder Flecken erscheinen und die Oberflächenqualität beeinträchtigen.
Seigerungen verhindern
Seigerungen sind unbedingt zu vermeiden oder zu minimieren, um die Funktionalität des Werkstücks sicher zu stellen. Dazu müssen die Anomalien zunächst untersucht werden. Das erfolgt in der Regel mit speziellen Messgeräten wie einem Rasterelektronenmikroskop oder einer Mikrosonde.
Das Diffusionsglühen ist eine geeignete Maßnahme, um bestehende Seigerungen zu minimieren. Dieses Verfahren eignet sich aber nur auf Mikro- und Makroebene und nicht bei Blockseigerungen.
Damit Seigerungen gar nicht erst auftreten, muss der Schmelzvorgang fachgerecht vorgenommen und genau überwacht werden. Um Blockseigerungen zu vermeiden, bietet sich die Entgasung der Schmelze durch eine oxidierende Vorbehandlung an. Zudem müssen die zugelassenen Gießtemperaturen eingehalten und eine Überhitzung verhindert werden. Außerdem sollte die Warmhaltezeit nicht länger als nötig ausfallen.
Um Mikroseigerungen vorzubeugen, muss zunächst eine Eignungsprüfung des Materials vorgenommen werden. Das umfasst eine Prüfung der Begleit- und Spurenelemente, des Schwefel- und Phosphorgehalts usw. Eine Form- oder Gießstrahlimpfung gewährleistet eine feinere Verteilung des Kugelgraphits im Material und sorgt für eine gleichmäßige Siliziumverteilung bis an die Korngrenzen. Zudem sollte die Sauerstoffaufnahme durch feuchte Materialien vermieden werden und eine möglichst gleichmäßige Abkühlgeschwindigkeit ist wichtig.
